气炮加载和强激光加载下金属铝层裂行为的对照研究

发布时间：2020-05-15 19:49

【摘要】：层裂是一个重要的科学问题,在国防和民用领域存在重要应用。过去几十年,虽然层裂问题得到了广泛研究,但绝大数研究都是利用气炮加载或化爆加载开展,应变率一般都在10-s-1-105s-1范围。随着科技的发展,工程上出现了对更高应变率条件下层裂问题的需求牵引,同时这也是人们非常关注的科学问题,但相关的研究却比较有限。本文在轻气炮和神光II强激光装置上开展了金属铝层裂问题的对照研究。针对激光打靶层裂实验样品自由面速度剖面后期振荡容易丢失问题,改进靶设计,获得很好效果。利用轻气炮加载和强激光加载层裂实验应变率的显著差异,通过数值模拟,讨论了建立具有预测能力的理论建模需要关注的损伤成核、演化与汇合问题中的材料特性与应变率相关特性因素。结果表明,对于张林博士等早前建立的动态损伤与断裂模型,微孔洞成核的平均半径、阈值压力、成核速率相关参数,以及微孔洞长大的阈值压力等具有材料特性属性,但微孔洞的表面能以及决定材料发生完全层裂的临界损伤度等具有明显的应变率效应。另外,分析还发现,虽然层裂强度具有明显的应变率效应,但是在样品层裂当地,样品由持续拉伸向收缩转变的临界行为,取决于一个很小的临界损伤值,这个临界值很可能是材料常数,与应变率无关。
【图文】：

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一级轻气炮弹丸的发射速度一般约５０邋ｍ／ｓ至１２００邋ｍ／ｓ范围，可实现的冲逡逑击压力一般可达几十ＧＰａ。与化爆装置相比，轻气炮的优点在于弹丸速度可调逡逑整、飞片飞行平稳、实验数据重复性好、测量结果精度高。图３．邋４所示是一级轻逡逑气炮的工作原理示意图。逡逑氋压室逦．逦气室逦b8逡逑＼逦弹丸逦户邋寸逦＾逡逑逦／逡逑ａｊｂ｜邋ｇ｜逦＿邋S/逡逑Ｖ逦Ｊ逡逑图３．４邋—级控气炮工作原理示意图逡逑实验前，在高压室中注入压强为巧的高压气体，在双膜片ａ、ｂ间（双膜段）逡逑充Ｗ巧／２的高压气体用来减轻膜片ａ承受的压为，使其不要提前破裂。实验时，逡逑将双膜段内的高压气体快速外泄，使得膜片ａ瞬间受到很大的压力，当膜片ａ受逡逑到的压力增加到３巧／４时，膜片ａ、ｂ破裂，高压气体进入炮管，推动弹丸按预逡逑定的加速度加速，最后在炮管末端平稳地碰撞靴样品。逡逑９逡逑

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ＤＰＳ（Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ邋Ｐｉｎ邋Ｓｙｓｔｅｍ促中物院流物所冲击波波与爆轰波物理重点逡逑实验室最近发展的一种精密速度剖面测试技术，国外则称为ＰＤＶ（Ｐｈｏｔｏｎ邋Ｄｏｐｐｌｅｒ逡逑Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒ），尽管叫法不同，但原理是一致的。图３．５所示是ＤＰＳ的原理示意逡逑图。逡逑薇光测试X1逡逑示彼器＊￣干涉腔逡逑图３．５逦ＤＰＳ测试技术原理示意图逡逑激光器发出的单频激光被分为两路，其中一路作为参考光，，另外一路则入射逡逑到待测运动表面后发生反射。携带多普勒频移信息的反射光与参考光在干涉腔进逡逑行频率混合，输出差拍信号。设输出端获得的光强信号为パ０，则八０可表示为：逡逑／的＝ｗ）邋＋公（０邋况Ｗ［Ｗ）邋＋如］逦（３．５）逡逑其中线０为背景光强，巧０为振幅，抑０为反射光和参考光源的角相位差，它们逡逑均是时间邋＜邋的函数；成为初始角相位差。新0与待测表面的位移之间存在关系式：逡逑六（０邋＝下（NB（０邋—邋NB０邋）逦Ｕ．６）逡逑其中？Ｉ为激光波长，４０和而为运动表面在ｆ时刻和零时的空间位置。将（３．６）逡逑代入（３．５），有：逡逑／的二＋公的加＾邋（雄）－而）＋如逦（３．７）逡逑NB逡逑由（３．７）式可知，运动表面每移动人／２，干涉信号的位相就变化２７１，即有一个干逡逑涉条纹出现，因此依据测试信号的位相变化可高精度得到运动表面移动的位移和逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ04

【参考文献】